§ 2. ИСТОРИЧЕСКИЙ ОЧЕРК РАЗВИТИЯ ЗНАНИЙ О ПЛАНЕТАХ

Начало изучению планет с физической точки зрения было положено Галилео Галилеем в 1609 г. Галилея по справедливости можно назвать первым планетоведом. Изобретение им телескопа сразу расширило круг возможностей исследователя и привело к ряду важных открытий.

Галилей открыл на Луне горы и впадины, что подтверждало родственность природы Луны и Земли (до этого Луну многие считали совершенно гладкой). В октябре 1610 г. Галилей открыл фазы Венеры, доказав тем самым, что планеты — темные шарообразные тела, светящие за счет отражения света Солнца. Ему принадлежит открытие четырех спутников у Юпитера; то были первые тела нашей Солнечной системы. открытые с помощью телескопа.

Рис. 2. Старинные изображения Сатурна и его кольца.

Это открытие имело очень большое значение для подтверждения и иллюстрации теории Коперника, ибо система Юпитера представляла собой уменьшенное подобие Солнечной системы.

Галилеи наблюдал и Сатурн и, конечно, не мог не заметить его кольцо, однако из-за несовершенства своего телескопа он не разглядел его истинную форму.

Ему представилось, что Сатурн — тройная планета, причем положение двух крайних планеток соответствовало «ушкам» кольца. Многие наблюдатели после Галилея пытались разгадать загадку этой планеты и рисовали ее в самых разнообразных видах (рис. 2). Но только голландскому ученому X. Гюйгенсу удалось в 1655 г. с несомненностью установить, что Сатурн окружен тонким плоским кольцом, нигде не соприкасающимся с планетой и наклоненным к эклиптике». В том же 1655 г. Гюйгенс открыл спутник Сатурца Титан.

Дальнейший шаг вперед: в деле изучения планет и их спутников сделал французский астроном Ж. Д. Кассини, открывший в 1671 -1684 гг. еще четыре спутника Сатурна, а также темную щель разделявшую его кольцо на два концентрических ксшьца и получившую названия «деления Кассини». Кассини неоднократно наблюдал на дисках Юпитера и Марса темные и светлые пятна. Наблюдения за их перемещением позволили ему в 1665—1666 гг. сделать вывод о вращении этих планет вокруг оси. Дальнейшим подтверждением этого факта явилось обнаруженное Кассини и теоретически объясненное Ньютодом полярное сжатие Юпитера.

Кассини же приписывается первое наблюдение знаменитого Краеного пятна на Юцитере (1664 г.), а также первая попытка определить период вращения Венеры по наблюдениям темных деталей на ее диске (1667 г.).

Дальше наступает почти столетний период, не давший почти ничего нового в области изучения планет с физической тояки зрения. Открытие Ньютоном закона всемирного тяготения и рост техники астрономических измерений направили основные усилия наблюдателей на точные определения положений планет — для создания наиболее совершенной теории их движения. Лишь во второй половине XVIII в. возобновились астрофизические наблюдения, ставившие задачей изучение физической природы дланет.

Пожалуй, наиболее важным научным событием этого периода явилось открытие Михаилом Васильевичем Ломоносовым атмосферы на Венере.

Это открытие было сделано им во время наблюдения прохождения Венеры по диску Солнца 26 мая 1761 г. (ст. ст.). Наблюдения этого прохождения Венеры впервые предполагалось использовать для определения величины солнечного параллакса и расстояния от Земли до Солнца. Поэтому астрономы тщательно готовились к наблюдениям заранее. Ломоносов принимал деятельное участие в организации специальных экспедиций в Сибирь, а также в проведении аналогичных наблюдений в Петербурге. Наблюдая Венеру, когда она как бы «вступала» на диск Солнца, Ломоносов заметил, что незадолго до полного ее вступления вокруг противоположного Солнцу края черного диска планеты вдруг появилось «тонкое, как волос, сияние». Когда же Венера сходила с солнечного диска, на его краю появился светлый выступ, или «пупырь», по выражению Ломоносова (рис. 3).

Рис. 3. Прохождение Венеры по диску Солнца (оригинальный рисунок М. В. Ломоносова).

Венера как бы «приподнимала» солнечный край, пока вдруг светлый ободок с ее переднего края не разорвался и не исчез.

Это явление видели в 1761 г. и другие наблюдатели. Но только Ломоносов сумел его правильно объяснить преломлением солнечных лучей в атмосфере Венеры. В своей брошюре «Явление Венеры на Солнце, наблюденное в Санкт-Петербургской Академии наук майя 26 дня 1761 года», вышедшей в июле 1761 г., Ломоносов дает вполне правильную картину явления и законченную схему хода солнечных лучей через атмосферу Венеры (рис. 4).

Ломоносов сделал вывод, что «планета Венера окружена знатною воздушною атмосферою, таковою (лишь бы не большею), какова обливается около нашего шара земного».

«Явление Ломоносова» наблюдалось и при последующих прохождениях Венеры по диску Солнца в 1769, 1874 и 1882 гг.

Открытие Ломоносова имеет в истории изучения планет большое значение, так как оно явилось первым прямым доказательством существования атмосферы на другой планете Солнечной системы. Тем самым еще раз было показано физическое родство планет и Земли.

Рис. 4. Схема хода солнечных лучей в атмосфере Венеры (по М. В. Ломоносову). L — точка на краю Солнца, JR — ее изображение, представляющееся наблюдателю О.

До конца XVIII в. границей нашей планетной системы считалась орбита Сатурна. Но в 1781 г. эта граница отодвинулась почти на двойное расстояние. Английский астроном Вильям Гершель, наблюдая звезды в свой 7-футовый рефлектор, заметил 13 марта 1781 г. в созвездии Близнецов светило, имевшее вид диска. Сперва Гершель принял его за комету, но дальнейшие наблюдения и вычисление орбиты показали, что это новая планета. Она была названа Ураном. Уран, по-видимому, не раз наблюдался и раньше, но благодаря небольшому блеску (6-я звездная величина) его принимали за звезду.

С помощью 20-футового рефлектора Гершель в 1787 г. открыл два спутника Урана: Титанию и Оберон, а в 1789 г., использовав 40-футовый рефлектор, — два новых спутника Сатурна (Мимас и Энцелад).

Гершель установил также период вращения Сатурна, измерил его сжатие, обнаружил колебания блеска спутника Сатурна Япета и четырех галилеевых спутников Юпитера, заметил сезонные изменения размеров полярных шапок Марса.

XIX век в астрономии начался с открытия еще одной планеты — Цереры, которая была обнаружена 1 января 1801 г. Дж. Пиацци. Ее орбита оказалась лежащей между орбитами Марса и Юпитера. В 1802— 1807 гг. были открыты еще три планеты, орбиты которых находились в той же области: Паллада, Юнона и Веста. Все четыре планеты оказались очень малых размеров (200—1000 км в диаметре), благодаря чему их стали называть малыми планетами. Изображения малых планет почти не отличались от звезд, почему их называют также астероидами (звездоподобными).

Начиная с 1845 г., «население» нашей планетной системы стало непрерывно пополняться за счет новых открытий малых планет. Рост инструментальной техники и применение фотографии привели к открытию во второй половине XIX в. более 450 астероидов. Размеры вновь открывавшихся малых планет, как правило, были значительно меньше первых четырех и составляли несколько десятков километров в диаметре.

В 1846 г. границы планетной системы вновь расширились. На этот раз причиной этому явилась не случайная находка, а долгое кропотливое исследование. Точные измерения положений Урана за 65 лет, прошедших со времени его открытия, указали на наличие систематических расхождений с положениями, которые давала вычисленная орбита (при ее определении притяжение Юпитера, Сатурна и всех других известных планет было учтено). Это привело французского ученого Урбена Леверье и английского астронома Джона Адамса к мысли о том, что отклонения в движении Урана вызываются воздействием неизвестной планеты, находящейся за Ураном.

Оба ученых независимо друг от друга поставили и решили задачу: по наблюдаемым отклонениям в движении Урана найти положение и массу неизвестной планеты.

Она была найдена астрономом Галле в Верлине 23 сентября 1846 г. на основании указаний Леверье. Так был открыт Нептун.

Значение открытия Нептуна выходит за рамки одной лишь астрономии. В своем произведении «Людвиг Фейербах» Энгельс подчеркивает значение этого открытия как одного из самых ярких примеров познаваемости мира и достоверности научных знаний.

Две недели спустя после открытия Нептуна у него был открыт спутник, который (значительно позже) назвали Тритоном. В 1848 г. был открыт 8-й спутник Сатурна — Гиперион и тогда же внутри двух ярких колец Сатурна было обнаружено третье — темное, получившее название «крепового». В 1851 г. были открыты еще два спутника Урана: Ариэль и Умбриэль. В 1877 г. были найдены два спутника Марса: Фобос и Деймос, в 1892 г. был открыт пятый спутник Юпитера, а в 1898 г. - девятый спутник Сатурна (Феба).

В XX в. открытия планет и их спутников продолжались: была открыта 1 большая планета, 12 спутников и более 1500 малых планет (астероидов). Такое увеличение числа открываемых астероидов (втрое больше, чем за весь XIX в.) связано целиком с применением фотографии и усовершенствованием аппаратуры и методики поисков. Свыше 100 малых планет было открыто на обсерватории в Симеизе (Крым) Г. Н. Неуйминым, С. И. Белявским, В. А. Альбицким и другими советскими астрономами. Симеизская обсерватория долгое время занимала в области открытия малых планет одно из ведущих мест среди всех обсерваторий мира, а теперь почетная роль в этом деле принадлежит Крымской астрофизической обсерватории АН СССР.

Последняя из известных нам больших планет — Плутон — была открыта в 1930 г. американским астрономом Клайдом Томбо после долгих поисков занептунной планеты. Эти поиски были предприняты на основании вычислений П. Ловелла, сделанных за 15 лет до этого. Ловелл, подобно Леверье и Адамсу, исследовал движение Урана (ибо Нептун к тому времени не прошел еще и половины своей орбиты с момента открытия). Ему удалось также обнаружить небольшие систематические отклонения в движении Урана, которые были в 20 раз меньшег чем те, которые привели к открытию Нептуна.

Но хотя Плутон был обнаружен недалеко от того места, которое было указано вычислениями, его масса оказалась настолько мала, что вопрос о значении теоретических расчетов в истории его открытия остается спорным.

Новые спутники были открыты у Юпитера: VI и VII в 1904-1905 гг., VIII - в 1908 г., IX - в 1914 г., X и XI - в 1938 г., XII - в 1951 г., XIII - в 1974 г. В 1948 г. был открыт пятый спутник Уранй, названный Мирандой, в 1949 г. - второй спутник Нептуна, получивший название Нереида, в 1966 г. был открыт десятый спутник Сатурна Янус, и, наконец, в 1978 г. был обнаружен спутник Плутона.

Изучение поверхностей планет не дало заметных успехов от времен Ломоносова до 70-х годов XIX в. Наличие атмосферы на Венере было подтверждено рядом исследователей, но попытки построить карту планеты и определить период ее вращения оставались безуспешными ввиду неясности и размытости пятен, изредка наблюдавшихся на ее поверхности. Долго не был известен и период вращения Меркурия. В 1882 г. Скиапарелли нашел его равным периоду обращения планеты вокруг Солнца, т. е. 88 суткам, что считалось общепринятым до 60-х годов XX в., когда применение радиолокации позволило определить периоды вращения обеих планет.

Изменчивость деталей на поверхностях Юпитера и Сатурна привела некоторых ученых к выводу о том, что эти планеты не твердые, а огненно-жидкие и излучают свой собственный свет, помимо отраженного от Солнца. Такая точка зрения держалась до 20-х годов нашего века, т. е. до измерения планетных температур. Но уже в наше время с помощью космических методов было подтверждено собственное излучение Юпитера.

В 70-х годах XIX в. начались более тщательные наблюдения планет. Исследования Марса Дж. Скиапарелли, а затем П. Ловеллом, приведшие к созданию заманчивой гипотезы «каналов» на Марсе, точные наблюдения полос Юпитера (Ф. А. Бредихин и др.), открытие в 1878 г. Красного пятна на Юпитере, наблюдения полос на Сатурне, — вот что производилось исследователями планет конца XIX в.

Применение астрофизических методов исследования: фотометрии, спектроскопии, радиометрии и других, начавшееся уже в нашем веке, дало гораздо более значительные результаты, которые будут изложены в следующих главах.